本发明属于弹性轴承技术领域，具体涉及一种基于智能聚合物材料的弹性轴承。
背景技术：
旋翼系统是直升机的核心部件，而弹性轴承则是直升机旋翼系统的关键功能构件，其主要用于实现桨叶与桨榖的连接。弹性轴承能承受直升机旋翼运动过程中产生的离心、扭转、挥舞和摆振载荷，减小旋翼系统产生的振动，防止直升机产生地面共振。由于弹性轴承能够同时实现挥舞铰、摆振铰和变距铰三者的作用，因此直升机旋翼系统的结构得到大大简化。目前各种结构形式的弹性轴承已经在直升机旋翼系统得到了广泛应用。
传统的弹性轴承是由橡胶与金属交替层叠形成的。这种结构使弹性轴承在承受载荷的同时可以通过橡胶层的变形实现挥舞、摆振等其他方向的运动，减少振动的产生。直升机旋翼系统除了使用单个弹性轴承外，还使用组合弹性轴承进行承载。后者由于其使用寿命的大幅度提高，得到了越来越广泛的应用。但无论是单个弹性轴承还是组合弹性轴承，它们都是仅通过橡胶的弹性形变来实现多方向的运动，对直升机旋翼系统只能实现被动减振，不能主动适应在直升机旋翼系统工作时载荷的变化。
技术实现要素：
发明目的，本发明的目的是提供一种智能弹性轴承用以实现对直升机旋翼系统的主动或半主动减振。
本发明同时提供上述智能弹性轴承的控制方法。
为达到这一目的，本发明智能弹性轴承采用如下技术方案：
一种智能弹性轴承，包括第一接头、第二接头、位于第一接头与第二接头之前的过渡层；所述过渡层包括若干智能聚合物材料层及若干金属层，且智能聚合物材料层及金属层交替层叠设置；所述智能聚合物材料层为压电聚合物材料、高分子基压电陶瓷复合材料、磁流变弹性体或形状记忆聚合物材料中的一种或几种。
进一步的，所述智能聚合物材料在同一层各处厚度分布均匀。
进一步的，所述过渡层为球面锥形，第一接头与第二接头均为圆形法兰，且第一接头的直径小于第二接头的直径；智能聚合物材料层及金属层自下而上交替层叠。
进一步的，所述过渡层为圆台形，第一接头与第二接头均为圆形法兰，且第一接头的直径与第二接头的直径相同；智能聚合物材料层及金属层自下而上交替层叠。
进一步的，所述过渡层为圆环形，第一接头具有圆柱形的柱体，第二接头具有围绕柱体外围的环体，所述过渡层位于柱体及环体之间；智能聚合物材料层及金属层自内向外交替层叠。
进一步的，第一接头用以连接直升机的桨叶，第二接头用以连接直升机的桨榖。
而上述智能弹性轴承的控制方法可采用以下技术方案：包括以下几种情况，
(1)、过渡层中选择压电聚合物材料层；当外界载荷变化时，控制外界电场改变，使压电聚合物材料层在电场的驱动下产生主动力来抵抗外界载荷，实现主动减振；
(2)、过渡层中选择磁流变弹性体材料层；当外界载荷变化时，控制外界磁场改变，使磁流变弹性体材料层在磁场的驱动下产生主动力来抵抗外界载荷，实现主动减振；
(3)、过渡层中选择形状记忆聚合物材料层；当外界载荷变化时，控制外界温度改变，使形状记忆聚合物材料层在温度的驱动下产生主动力来抵抗外界载荷，实现主动减振；
(4)、过渡层中选择压电聚合物材料层；当外界载荷变化时，控制外界电场改变，使材料的刚度、阻尼的力学性能发生改变，以适应载荷的变化，实现半主动减振；
(5)、过渡层中选择磁流变弹性体材料层；当外界载荷变化时，控制外界磁场改变，使磁流变弹性体在磁场的变化下，弹性模量的力学特性发生变化，以适应载荷的变化，实现半主动减振。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明使用智能聚合物材料替换橡胶层材料，设计了一种基于智能聚合物材料的弹性轴承。智能聚合物材料在变化的电场或磁场等控制量作用下，其性能会发生变化。因此，本发明提出的智能弹性轴承能通过控制电场、磁场或温度等物理参数的大小，使其本身的性能改变，从而适应载荷的变化，实现对直升机旋翼系统的主动或半主动减振。
附图说明
图1为本发明的球面锥形智能弹性轴承结构示意图。
图2为本发明的轴向智能弹性轴承结构示意图。
图3为本发明的径向智能弹性轴承结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一：结合图1说明本实施例。本实施例是一种球面锥形智能弹性轴承，具体包括：第一接头1、第二接头2、过渡层；所述过渡层包括若干压电聚合物材料层3及若干金属层4，且压电聚合物材料层3及金属层4交替层叠设置。通过胶粘、硫化等技术将第一接头1、第二接头2、过渡层粘接在一起。其中压电聚合物材料层3及金属层4交替叠层，并保持同心且同一层的各处厚度均匀。
在实施例中，所述过渡层为球面锥形，第一接头1与第二接头2均为圆形法兰，且第一接头1的直径小于第二接头的直径2；压电聚合物材料层3及金属层4自下而上交替层叠。
智能弹性轴承工作时，在压电聚合物层3外加电场。当未加电场时，压电聚合物材料层3性能不变，且不产生抵抗外界载荷的主动力。因此，智能弹性轴承与传统使用橡胶材料的弹性轴承一样，可以承载轴向力并实现绕三轴的扭转。但此时智能弹性轴承只能通过自身的弹性变形对直升机旋翼系统进行被动减振，不能主动适应载荷的变化。当外界载荷变化时，智能弹性轴承控制外界电场改变，使压电聚合物材料层3在电场的驱动下产生主动力。智能弹性轴承利用压电聚合物材料层3产生的主动力，来抵抗外界载荷，实现对直升机旋翼系统的减振。在直升机旋翼系统工作过程中，由监测系统获得桨叶和桨榖的工作状态。智能弹性轴承根据监测结果提供适当的电场，以满足当前的承载要求，从而实现对直升机旋翼系统的主动减振。
实施例二：本实施例一种球面锥形智能弹性轴承，采用磁流变弹性体材料与金属层交叠，其他组成及连接方式与实施例一相同。智能弹性轴承工作时，在磁流变弹性体材料层外加磁场。当外界载荷变化时，智能弹性轴承控制外界磁场的改变，使磁流变弹性体材料层在磁场的驱动下产生主动力，来抵抗外界载荷，实现对直升机旋翼系统的主动减振。
实施例三：本实施例是一种球面锥形智能弹性轴承，采用形状记忆聚合物材料与金属层交叠，其他组成及连接方式与实施例一相同。智能弹性轴承工作时，在形状记忆聚合物材料层外加温度场。当外界载荷变化时，智能弹性轴承控制外界温度的改变，使形状记忆聚合物材料层在温度场的驱动下产生主动力，来抵抗外界载荷，实现对直升机旋翼系统的主动减振。
实施例四：结合图2说明本实施例。本实施例是一种轴向智能弹性轴承，其组成、连接和控制方式与实施例一相同。与实施例一不同之处在于，所述过渡层为圆台形，第一接头1与第二接头2均为圆形法兰，且第一接头1的直径与第二接头2的直径相同。未加电场时，智能弹性轴承可以承载轴向力并实现一定的扭转和径向运动。施加电场后，在电场的作用下产生主动力，对直升机旋翼系统进行主动减振。
实施例五：结合图3说明本实施例。本实施例是一种径向智能弹性轴承，其组成、连接和控制方式与实施例一相同。与实施例一不同之处在于，所述过渡层为圆环形，第一接头1具有圆柱形的柱体，第二接头2具有围绕柱体外围的环体，所述过渡层位于柱体及环体之间。未加电场时，智能弹性轴承可以承载径向力并实现一定的扭转和轴向运动。施加电场后，在电场的作用下产生主动力，对直升机旋翼系统进行主动减振。
实施例六：结合图1说明本实施例。本实施例是一种球面锥形智能弹性轴承，其组成及连接方式与实施例一相同。与实施例一不同之处在于，本实施例采用半主动减振的控制方式，通过控制外界电场改变，使压电聚合物材料的刚度、阻尼等力学性能发生改变，以适应载荷的变化，实现半主动减振。
实施例七：结合图1说明本实施例。本实施例是一种球面锥形智能弹性轴承，其组成及连接方式与实施例二相同。与实施例二不同之处在于，本实施例采用半主动减振的控制方式，通过控制外界磁场改变，使磁流变弹性体在磁场的变化下，其弹性模量等力学特性发生变化，以适应载荷的变化，实现半主动减振。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
1.一种智能弹性轴承，其特征在于：
包括第一接头、第二接头、位于第一接头与第二接头之前的过渡层；所述过渡层包括若干智能聚合物材料层及若干金属层，且智能聚合物材料层及金属层交替层叠设置；
所述智能聚合物材料层为压电聚合物材料、高分子基压电陶瓷复合材料、磁流变弹性体或形状记忆聚合物材料中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的智能弹性轴承，其特征在于：所述智能聚合物材料在同一层各处厚度分布均匀。
3.根据权利要求1所述的智能弹性轴承，其特征在于：所述过渡层为球面锥形，第一接头与第二接头均为圆形法兰，且第一接头的直径小于第二接头的直径；智能聚合物材料层及金属层自下而上交替层叠。
4.根据权利要求1所述的智能弹性轴承，其特征在于：所述过渡层为圆台形，第一接头与第二接头均为圆形法兰，且第一接头的直径与第二接头的直径相同；智能聚合物材料层及金属层自下而上交替层叠。
5.根据权利要求1所述的智能弹性轴承，其特征在于：所述过渡层为圆环形，第一接头具有圆柱形的柱体，第二接头具有围绕柱体外围的环体，所述过渡层位于柱体及环体之间；智能聚合物材料层及金属层自内向外交替层叠。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的智能弹性轴承，其特征在于：第一接头用以连接直升机的桨叶，第二接头用以连接直升机的桨榖。
7.一种如权利要求1至6所述的智能弹性轴承的控制方法，其特征在于：包括以下几种情况，
(1)、过渡层中选择压电聚合物材料层；当外界载荷变化时，控制外界电场改变，使压电聚合物材料层在电场的驱动下产生主动力来抵抗外界载荷，实现主动减振；
(2)、过渡层中选择磁流变弹性体材料层；当外界载荷变化时，控制外界磁场改变，使磁流变弹性体材料层在磁场的驱动下产生主动力来抵抗外界载荷，实现主动减振；
(3)、过渡层中选择形状记忆聚合物材料层；当外界载荷变化时，控制外界温度改变，使形状记忆聚合物材料层在温度的驱动下产生主动力来抵抗外界载荷，实现主动减振；
(4)、过渡层中选择压电聚合物材料层；当外界载荷变化时，控制外界电场改变，使材料的刚度、阻尼的力学性能发生改变，以适应载荷的变化，实现半主动减振；
(5)、过渡层中选择磁流变弹性体材料层；当外界载荷变化时，控制外界磁场改变，使磁流变弹性体在磁场的变化下，其弹性模量的力学特性发生变化，以适应载荷的变化，实现半主动减振。
技术总结